DE102015105438A1 - Monolithic diode laser arrangement - Google Patents
Monolithic diode laser arrangement Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015105438A1 DE102015105438A1 DE102015105438.8A DE102015105438A DE102015105438A1 DE 102015105438 A1 DE102015105438 A1 DE 102015105438A1 DE 102015105438 A DE102015105438 A DE 102015105438A DE 102015105438 A1 DE102015105438 A1 DE 102015105438A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- diode laser
- episubstrate
- individual
- carrier substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4018—Lasers electrically in series
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0215—Bonding to the substrate
- H01S5/0216—Bonding to the substrate using an intermediate compound, e.g. a glue or solder
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
- H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
- H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2081—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques
- H01S5/2086—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques lateral etch control, e.g. mask induced
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
- H01L2224/24—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
- H01L2224/24—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
- H01L2224/241—Disposition
- H01L2224/24135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/24137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73267—Layer and HDI connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
- H01L2224/9222—Sequential connecting processes
- H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
- H01L2224/92244—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a build-up interconnect
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
- H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
- H01S5/02345—Wire-bonding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine monolithische Diodenlaseranordnung (100), umfassend eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen Trägersubstrat nebeneinander angeordnete Einzelemitter (101), die jeweils Kontaktfenster (19, 20) zur elektrischen Kontaktierung aufweisen, welche an den jeweiligen Einzelemittern (101) an einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Vorderseite angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Diodenlaseranordnung und eine Laservorrichtung mit einer solchen Diodenlaseranordnung.The invention relates to a monolithic diode laser arrangement (100), comprising a plurality of individual emitters (101) arranged side by side on a common carrier substrate, each having contact windows (19, 20) for electrical contacting, which are connected to the respective individual emitters (101) on a carrier substrate are arranged opposite front. The invention further relates to a method for producing such a diode laser arrangement and to a laser apparatus with such a diode laser arrangement.
Description
Die Erfindung betrifft eine monolithische Diodenlaseranordnung, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen monolithischen Diodenlaseranordnung sowie eine Laservorrichtung mit einer solchen monolithischen Diodenlaseranordnung.The invention relates to a monolithic diode laser array, a method for producing such a monolithic diode laser array and a laser device with such a monolithic diode laser array.
Diodenlaseranordnungen bzw. Diodenlaserarrays für Diodenlaser mit hohen Leistungsdichten finden vielfältige Anwendungen in unterschiedlichsten Gebieten, wie etwa dem optischen Pumpen von Festkörper-, Faser- und Scheibenlasern, der direkten Materialbearbeitung oder der medizinischen Therapie bzw. Diagnostik.Diode laser arrays or diode laser arrays for diode lasers with high power densities find a variety of applications in a variety of fields, such as the optical pumping of solid-state, fiber and disk lasers, direct material processing or medical therapy or diagnostics.
Die in diesen Anwendungen benötigte optische Leistung kann typischer Weise nicht von einer einzelnen Laserdiode bzw. von einem Einzelemitter bereitgestellt werden. Es ist daher üblich, eine Vielzahl von Einzelemittern in einer Diodenlaseranordnung elektrisch parallel oder in Serie zu schalten.The optical power required in these applications typically can not be provided by a single laser diode or by a single emitter. It is therefore customary to connect a plurality of individual emitters in a diode laser arrangement electrically in parallel or in series.
Typischer Weise sind die bekannten, die Serienschaltung von Einzelemittern betreffenden Diodenlaseranordnungen aus einer Vielzahl von räumlich voneinander getrennten Einzelemittern aufgebaut, die nachträglich in Serie geschaltet werden. Insofern weisen derartige Bauteile keinen monolithischen Aufbau auf. Dies hat eine vergleichsweise aufwändige Optikjustage zur Folge, die für jeden Einzelemitter einzeln erfolgen muss. Zudem müssen die Einzelemitter für gewöhnlich auf separate Wärmesenken aufgebracht werden. Die Anzahl von derart miteinander verschalteten Einzelemittern in der Diodenlaseranordnung liegt meist im Bereich von weniger als zwanzig Stück. Vorteilhaft an derartigen Ausführungen ist der Betriebsstrom der Diodenlaseranordnung, der unabhängig von der Anzahl der Einzelemitter in der Anordnung dem Betriebsstrom des einzelnen Einzelemitters entspricht. Die an der die Serienschaltung aufweisende Diodenlaseranordnung anliegende Spannung entspricht der Summe der an den Einzelemittern anliegenden Spannungen.Typically, the known, the series connection of individual emitters related diode laser arrays of a plurality of spatially separated individual emitters are constructed, which are subsequently connected in series. In this respect, such components do not have a monolithic structure. This results in a comparatively complicated optical adjustment, which must be done individually for each individual emitter. In addition, the individual emitters usually have to be applied to separate heat sinks. The number of individual emitters interconnected in the diode laser arrangement is usually in the range of less than twenty pieces. An advantage of such embodiments is the operating current of the diode laser array, which corresponds to the operating current of the individual single emitter, regardless of the number of individual emitters in the arrangement. The voltage applied to the diode laser arrangement having the series connection corresponds to the sum of the voltages applied to the individual emitters.
Im Falle von Diodenlaseranordnungen, die parallel verschaltete Einzelemitter aufweisen, sind monolithische Ausführungen, sogenannte Diodenlaserarrays oder Barren, bekannt, bei denen die elektrische Kontaktierung auf gegenüberliegenden Seiten der Einzelemitter erfolgt. Derartige monolithische Aufbauten ermöglichen eine einfachere Optikmontage, da für die gesamte Diodenlaseranordnung nur eine einzige Optik pro Kollimationsrichtung benötigt wird. Wesentlicher Nachteil der die Parallelschaltung von Einzelemittern aufweisenden Diodenlaseranordnung sind die zum Betrieb notwendigen großen Ströme, die der Summe der durch die jeweiligen Einzelemitter fließenden Ströme entspricht.In the case of diode laser arrangements which have parallel-connected individual emitters, monolithic designs, so-called diode laser arrays or ingots, are known in which the electrical contacting takes place on opposite sides of the individual emitter. Such monolithic structures allow for simpler optical assembly, since only a single optic per Kollimationsrichtung is required for the entire diode laser array. An essential disadvantage of the diode laser arrangement having the parallel connection of individual emitters is the large currents necessary for the operation, which corresponds to the sum of the currents flowing through the respective individual emitters.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Diodenlaseranordnung anzugeben, bei der die vorstehend genannten Nachteile weitgehend vermieden sind. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer derartig verbesserten Diodenlaseranordnung anzugeben.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an improved diode laser arrangement in which the aforementioned disadvantages are largely avoided. It is another object of the invention to provide a method for producing such an improved diode laser array.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Diodenlaseranordnung der eingangs genannten Art mit den weiteren Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine eine derartige Diodenlaseranordnung aufweisende Laservorrichtung gemäß Patentanspruch 21.With regard to the device, the object is achieved by a diode laser arrangement of the aforementioned type with the further features of patent claim 1 or by a laser diode device having such a diode laser arrangement according to
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Diodenlaseranordnung der eingangs genannten Art mit den weiteren Merkmalen des Patentanspruchs 8.With regard to the method, the object is achieved by a method for producing a monolithic diode laser arrangement of the aforementioned type with the further features of patent claim 8.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine monolithische Diodenlaseranordnung umfasst eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen Trägersubstrat nebeneineinander angeordneten Einzelemittern, die jeweils Kontaktfenster zur elektrischen Kontaktierung aufweisen, welche an den jeweiligen Einzelemittern an einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Vorderseite angeordnet sind. A monolithic diode laser arrangement comprises a multiplicity of individual emitters arranged next to one another on a common carrier substrate, each of which has contact windows for electrical contacting, which are arranged on the respective individual emitters on a front side opposite the carrier substrate.
Der monolithische, also im Wesentlichen einstückige Aufbau der Diodenlaseranordnung resultiert von einem Vereinzelungsprozess einer räumlich zusammenhängenden Struktur, die die Anordnung der Einzelemitter auf dem Trägersubstrat bestimmt. Diese räumlich zusammenhängende Struktur wird von einem eine entsprechende Schichtstruktur aufweisenden Wafer-Stapel (wafer stack) gebildet, der anschließend durch Anritzen und Spalten vereinzelt, also in die einzelnen Diodenlaseranordnungen aufgeteilt wird.The monolithic, ie substantially one-piece construction of the diode laser arrangement results from a separation process of a spatially coherent structure which determines the arrangement of the individual emitters on the carrier substrate. This spatially coherent structure is formed by a wafer stack having a corresponding layer structure, which is then separated by scribing and splitting, that is to say subdivided into the individual diode laser arrays.
Die Diodenlaseranordnung gemäß der Erfindung kann somit kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung der Einzelemitter auf dem gemeinsamen Trägersubstrat eine vereinfachte Optikmontage, da für die gesamte Diodenlaseranordnung lediglich eine Optik pro Kollimationsrichtung benötigt wird. Gleichzeitig ermöglicht die Anordnung der zur elektrischen Kontaktierung vorgesehenen Kontaktfenster auf der dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Vorderseite in besonders vorteilhafter Weise die Serienschaltung der Einzelemitter. Der durch die gesamte Diodenlaseranordnung fließende Betriebsstrom entspricht damit dem Betriebsstrom, der durch jeden der Einzelemitter fließt, so dass eine diesbezügliche Limitierung der Diodenlaseranordnung hinsichtlich der Anzahl der zur Erzeugung des Laserlichts vorgesehenen Einzelemitter entfällt. Im Ergebnis können dadurch besonders leistungsfähige Diodenlaseranordnungen bereitgestellt werden. Zur Kühlung der gesamten Diodenlaseranordnung ist vorzugsweise lediglich eine Wärmesenke vorgesehen, um den Montageaufwand zu minimieren.The diode laser array according to the invention can thus be manufactured inexpensively in large quantities. In addition, the arrangement of the individual emitter on the common carrier substrate allows a simplified optical assembly, since the entire diode laser array only one optic per Kollimationsrichtung is needed. At the same time, the arrangement of the contact windows provided for electrical contacting on the front side opposite the carrier substrate makes it possible in a particularly advantageous manner to connect the individual emitters in series. The operating current flowing through the entire diode laser array thus corresponds to the operating current flowing through each of the individual emitters, so that a limitation of the Diode laser arrangement with respect to the number of provided for generating the laser light single emitter is eliminated. As a result, particularly powerful diode laser arrays can be provided thereby. For cooling the entire diode laser arrangement, preferably only one heat sink is provided in order to minimize the assembly effort.
In bevorzugten Ausführungen sind die Einzelemitter der monolithischen Diodenlaseranordnung mit dem Trägersubstrat mittelbar über eine dazwischen angeordnete Bondebene verbunden. Derartige Ausführungsbeispiele sind insbesondere hinsichtlich ihrer Herstellung vorteilhaft, da mittels der Bondebene zwei mehrschichtige Schichtstrukturen miteinander verbunden werden können, die vor dem Bonden hinsichtlich ihrer Schichtdicken selektiv auf die speziellen Anfordernisse der herzustellenden Diodenlaseranordnung angepasst werden können. Die Bondebene besteht beispielsweise aus Materialien wie Gold, Aluminium, Germanium, Zinn, einem fotoempfindlichen Epoxidharz, Benzocyclobuten (BCB), einem Polyimid und/oder einem Spin-On-Glass (SOG).In preferred embodiments, the individual emitters of the monolithic diode laser arrangement are connected to the carrier substrate indirectly via a bonding plane arranged therebetween. Such embodiments are particularly advantageous in terms of their production, since two layered layer structures can be connected to each other by means of the bonding layer, which can be adapted before bonding with respect to their layer thicknesses selectively to the specific requirements of the diode laser array to be produced. The bonding plane consists, for example, of materials such as gold, aluminum, germanium, tin, a photosensitive epoxy resin, benzocyclobutene (BCB), a polyimide and / or a spin-on-glass (SOG).
Da gemäß möglicher Ausführungsbeispiele der Erfindung insbesondere elektrisch leitfähige Materialien für das Bonden Verwendung finden können, ist vorzugsweise eine Isolationsschicht zwischen den Einzelemittern und der Bondschicht angeordnet, die somit eine rückseitige elektrische Isolierung der Einzelemitter bereitstellt. Die Verschaltung der Einzelemitter erfolgt über die vorderseitig angeordneten Kontaktfenster.Since according to possible embodiments of the invention, particularly electrically conductive materials for bonding can be used, an insulating layer between the individual emitters and the bonding layer is preferably arranged, which thus provides a backside electrical insulation of the individual emitter. The interconnection of the individual emitter via the front side arranged contact window.
Besonders bevorzugt sind die Kontaktfenster der Einzelemitter derart mittels metallischen Beschichtungen verbunden, dass die Einzelemitter zueinander elektrisch in Serie geschalten sind. Das Aufbringen dieser metallischen Beschichtung erfolgt auf Waferebene in einem einzigen Herstellungsschritt, also vor dem Vereinzeln der die Anordnung der Einzelemitter auf dem Trägersubstrat definierenden räumlich zusammenhängenden Struktur. Zusätzliche Drahtbondprozesse auf der rückseitigen, also auf der Seite des Trägersubstrats sind hierzu überflüssig.Particularly preferably, the contact windows of the individual emitters are connected by means of metallic coatings in such a way that the individual emitters are electrically connected to one another in series. The application of this metallic coating takes place at the wafer level in a single production step, ie before the separation of the spatially coherent structure defining the arrangement of the individual emitters on the carrier substrate. Additional Drahtbondprozesse on the back, so on the side of the carrier substrate are superfluous.
Zur Erzeugung des Laserlichts weist jeder Einzelemitter eine Rekombinationszone auf, die sich zwischen einem p- und einem n-dotierten Bereich einer mehrschichtigen Epistruktur des jeweiligen Einzelemitters befindet. Diese Epistruktur ist ein mehrschichtiger Aufbau epitaktischer Schichten, die auf einem Episubstrat aufgebracht ist. Das Episubstrat ist gemäß besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen von der Epistruktur nicht vollständig überdeckt, so dass auch das Episubstrat mittels eines vorderseitigen Kontaktfensters elektrisch kontaktierbar ist.To generate the laser light, each individual emitter has a recombination zone which is located between a p-type and an n-doped region of a multilayered epistructure of the respective single emitter. This epistemic structure is a multilayer epitaxial layer structure deposited on an episubstrate. According to particularly preferred exemplary embodiments, the episubstrate is not completely covered by the epistar structure, so that the episubstrate can also be electrically contacted by means of a front-side contact window.
Als Episubstrat ist vorzugsweise ein III-V Halbleitermaterial, insbesondere GaAs, InP oder GaSb, vorgesehen, welches in besonders vorteilhafter Weise eine n-Dotierung aufweist.As Episubstrat is preferably a III-V semiconductor material, in particular GaAs, InP or GaSb provided, which has a n-doping in a particularly advantageous manner.
Die Epistruktur umfasst vorzugsweise zumindest eine p-dotierte Mantelschicht und zumindest eine n-dotierte Mantelschicht. In einem konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die als Epistruktur auf das Episubstrat aufgebrachten epitaktischen Schichten die Abfolge einer n-dotierten Mantelschicht, einer n-seitigen Wellenleiterschicht, einer Quantentopfstruktur, einer p-seitigen Wellenleiterstruktur, einer p-dotierte Mantelschicht und einer pdotierten Kontaktschicht. Die das Laserlicht erzeugenden Rekombinationsprozesse finden in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der Quantentopfstruktur statt, die beispielsweise von einer InGaAs, InGaAsP, GaInSb und/oder GaInAsSb haltigen Schicht gebildet ist. Die dotierten Mantelschichten und/oder die Wellenleiterschichten bestehen gemäß möglichen Ausführungsbeispielen aus AlGaAs, InGaAsP, AlGaAsSb. Die p-dotierte Kontaktschicht besteht gemäß möglichen Ausführungsbeispielen aus GaAs, GaSb, InP und/oder InGaAs.The epistemic structure preferably comprises at least one p-doped cladding layer and at least one n-doped cladding layer. In a specific exemplary embodiment of the invention, the epitaxial layers applied as an epistrain to the episubstrate comprise the sequence of an n-doped cladding layer, an n-side waveguide layer, a quantum well structure, a p-side waveguide structure, a p-doped cladding layer and a p-doped contact layer. The recombination processes producing the laser light in this preferred embodiment take place in the quantum well structure, which is formed, for example, by a layer containing InGaAs, InGaAsP, GaInSb and / or GaInAsSb. The doped cladding layers and / or the waveguide layers are made of AlGaAs, InGaAsP, AlGaAsSb according to possible embodiments. According to possible embodiments, the p-doped contact layer consists of GaAs, GaSb, InP and / or InGaAs.
Zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Mantelschicht ist vorzugsweise ein p-Kontaktfenster vorderseitig auf der Epistruktur angeordnet. Entsprechend erfolgt die elektrische Kontaktierung der n-dotierten Mantelschicht über ein n-Kontaktfenster, das vorderseitig auf dem Episubstrat im Bereich, in welchem das Episubstrat nicht von der Epistruktur überdeckt ist, angeordnet ist.For electrically contacting the p-doped cladding layer, a p-contact window is preferably arranged on the front side of the epistar structure. Accordingly, the electrical contacting of the n-doped cladding layer takes place via an n-contact window, which is arranged on the front side on the episubstrate in the region in which the episubstrate is not covered by the epistar structure.
Vorzugsweise ist eines der p-Kontaktfenster zumindest eines der Einzelemitter mit dem n-Kontaktfenster des dem zumindest einen Einzelemitter benachbarten Einzelemitters mittels der metallischen Beschichtungen elektrisch leitend verbunden. Die metallischen Beschichtungen stellen so die Verschaltung der Einzelemitter in Serie sicher, wobei die zum Stromfluss vorgesehenen elektrisch leitfähigen Verbindungen ausschließlich vorderseitig an der Diodenlaseranordnung angeordnet sind.Preferably, one of the p-contact windows of at least one of the individual emitter is electrically conductively connected to the n-contact window of the individual emitter adjacent to the at least one individual emitter by means of the metallic coatings. The metallic coatings thus ensure the interconnection of the individual emitters in series, the electrically conductive connections provided for current flow being arranged exclusively on the front side of the diode laser arrangement.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen monolithischen Diodenlaseranordnung erfolgt die räumlich zusammenhängende Struktur, welche die Ausbildung der die Anordnung der Einzelemitter auf dem Trägersubstrat bestimmt, in einem Strukturierungsschritt auf Waferebene. In dem Strukturierungsschritt werden somit die den Einzelemittern zugeordneten Einzelstrukturen aus einem mehrschichtigen, ein Trägersubstrat umfassenden Grundträger gebildet. Die Ausbildung der Einzelstrukturen im Strukturierungsschritt erfolgt dabei derart, dass diese dabei nicht vom Trägersubstrat bzw. von der Trägersubstratschicht gelöst werden. Die dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Vorderseiten der Einzelstrukturen sind zur Ausbildung von Kontaktfenstern vorgesehen.In a method for producing a monolithic diode laser arrangement as described above, the spatially connected structure, which determines the formation of the arrangement of the individual emitters on the carrier substrate, takes place in a structuring step on the wafer level. In the patterning step, the individual structures assigned to the individual emitters are thus formed from a multilayer base carrier comprising a carrier substrate. The formation of the individual structures in the structuring step takes place in such a way that they are not detached from the carrier substrate or from the carrier substrate layer. The the carrier substrate opposite front sides of the individual structures are provided for the formation of contact windows.
Die Trägerschicht bildet nach dem Vereinzeln des strukturierten Wafer-Stapels, also nach dem Vereinzeln der die Anordnung der Einzelemitter auf dem Trägersubstrat bestimmenden räumlich zusammenhängenden Struktur, das Trägersubstrat der Diodenlaseranordnung. Entsprechend bilden die den jeweiligen Einzelemittern zugeordneten Einzelstrukturen nach dem Vereinzeln die Einzelemitter zur Erzeugung des Laserlichts.After the singulation of the structured wafer stack, ie after the separation of the spatially coherent structure determining the arrangement of the individual emitters on the carrier substrate, the carrier layer forms the carrier substrate of the diode laser arrangement. Correspondingly, the individual emitters assigned to the individual emitters after singulation form the individual emitters for generating the laser light.
In einem der vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsbeispiele umfasst der Einzelemitter eine die Rekombinationszone beinhaltende Epistruktur, welche auf einem Episubstrat aufgebracht ist. Entsprechend umfasst der zur Strukturierung vorgesehene mehrschichtige Grundträger zumindest eine Epistrukturschicht, eine Episubstratschicht und die Trägersubstratschicht, die auf einer Trägerplatte aufgebracht sind, welche dem Grundträger die nötige mechanische Stabilität während des Herstellungsprozesses gibt.In one of the above-mentioned preferred embodiments, the single emitter comprises an epitaxial structure containing the recombination zone, which is applied to an episubstrate. Correspondingly, the multilayer base carrier provided for structuring comprises at least one epistemic layer, an episubstrate layer and the carrier substrate layer, which are applied to a carrier plate, which gives the base carrier the necessary mechanical stability during the production process.
Im Strukturierungsschritt werden die Epistrukturschicht und die Episubstratschicht des Grundträgers zur Ausbildung der Einzelstrukturen abschnittsweise abgetragen. Dies erfolgt typischer Weise mittels einer Ätzung, auch Separationsätzung genannt, bei der mehrere auf der Trägersubstratschicht angeordnete Einzelstrukturen gebildet werden, ohne dass diese von der Trägersubstratschicht gelöst werden. Die Einzelstrukturen umfassen jeweils auf Episubstraten angeordnete Epistrukturen. In the structuring step, the epitaxial layer and the episubstrate layer of the base carrier are removed in sections to form the individual structures. This is typically done by means of an etching, also called separation etching, in which a plurality of individual structures arranged on the carrier substrate layer are formed, without these being detached from the carrier substrate layer. The individual structures each comprise epistropic structures arranged on episubstrate.
Vorzugsweise wird im Strukturierungsschritt zusätzlich eine so genannte Streifenätzung durchgeführt, bei der Kontaktstreifen zur Strominjektion in die Epistrukturschicht eingebracht werden. Der Kontaktstreifen kann beispielsweise als erhabener Bereich mittig auf der Epistruktur ausgebildet werden.Preferably, in the structuring step, a so-called strip etching is additionally performed, in which contact strips for current injection are introduced into the epistrukturschicht. The contact strip can be formed, for example, as a raised area in the middle of the epistar structure.
Bevorzugter Weise wird weiterhin die Epistrukturschicht im Strukturierungsschritt abschnittsweise bis zur Höhe der Episubstratschicht derart abgetragen bzw. durch Ätzen entfernt, dass die Episubstratschicht nicht vollständig von der Epistrukturschicht überdeckt ist. Dieser Strukturierungsschritt kann beispielsweise in einer Isolationsätzung erfolgen, in der die Epistrukturschicht selektiv in bestimmten Bereichen von der darunterliegenden Episubstratschicht entfernt wird, um eine anschließende vorderseitige elektrische Kontaktierung des Episubstrats über in diesen Bereichen angeordnete Kontaktfenster zu ermöglichen.In a preferred manner, the epistructure layer is further removed in sections in the structuring step up to the height of the episubstrate layer or removed by etching so that the episubstrate layer is not completely covered by the epiststructure layer. This patterning step may be carried out, for example, in an insulation etch, in which the epistemic layer is selectively removed in certain areas from the underlying episubstrate layer in order to allow a subsequent front-side electrical contacting of the episubstrate via contact windows arranged in these areas.
Vorzugsweise umfasst der Strukturierungsschritt, insbesondere die Separations-, Streifen- und/oder Isolationsätzung eine Lithografie. Derartige Strukturierungsverfahren sind im Bereich der Halbleiterherstellung hinlänglich bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Die Ätzungen werden vorzugsweise trockenchemisch, insbesondere mittels Plasmaätzen (ICPRIE- oder RIE-Verfahren) durchgeführt, sie können jedoch auch nasschemisch erfolgen.The structuring step, in particular the separation, stripe and / or insulation etching, preferably comprises a lithography. Such structuring methods are well known in the field of semiconductor production and require no further explanation. The etches are preferably carried out dry-chemically, in particular by means of plasma etching (ICPRIE or RIE process), but they can also be carried out wet-chemically.
Die im Strukturierungsschritt gebildete räumlich zusammenhängende Struktur wird gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel in einem dem Strukturierungsschritt anschließenden, vorzugsweise unmittelbar anschließenden Passivierungsschritt ganzflächig mit einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht passiviert bzw. beschichtet. Die Passivierungsschicht besteht beispielsweise aus SiN oder SiO2.According to a possible exemplary embodiment, the spatially coherent structure formed in the structuring step is passivated or coated over the whole area with an electrically insulating passivation layer in a passivation step following the structuring step, preferably immediately following. The passivation layer consists for example of SiN or SiO 2 .
Anschließend wird die Passivierungsschicht vorzugsweise mittels einer weiteren trocken- oder nasschemischen Ätzung abschnittsweise entfernt. Dies geschieht zur Freilegung der Kontaktfenster, um eine vorderseitige Verschaltung der Einzelemitter zu ermöglichen. Entsprechend wird die zuvor passivierte Epistruktur zur Ausbildung von p-Kontaktfenstern bzw. das zuvor passivierte Episubstrat zur Ausbildung von n-Kontaktfenstern wieder abschnittsweise freigelegt.Subsequently, the passivation layer is preferably removed in sections by means of a further dry or wet chemical etching. This is done to expose the contact window to allow a front-side interconnection of the individual emitter. Accordingly, the previously passivated epistemic structure is again exposed in sections to form p-contact windows or the previously passivated episubstrate for forming n-contact windows.
Besonders bevorzugt werden die Kontaktfenster in einem anschließenden, insbesondere unmittelbar anschließenden Metallisierungsschritt derart mit metallischen Beschichtungen versehen, dass die den Einzelemittern zugeordneten Einzelstrukturen in Serie geschalten sind. Die Verschaltung der Einzelstrukturen erfolgt somit durch das Aufbringen von entsprechend leitfähigen metallischen Beschichtungen auf Waferebene, d. h. für eine Vielzahl von später durch Vereinzelung gebildeten Diodenlaseranordnungen in einem einzigen Fertigungsschritt. Eine anschließende aufwändige separate Kontaktierung der Einzelemitter kann damit entfallen.Particularly preferably, the contact windows are provided with metallic coatings in a subsequent, in particular immediately subsequent metallization step such that the individual structures assigned to the individual emitters are connected in series. The interconnection of the individual structures is thus carried out by the application of correspondingly conductive metallic coatings on the wafer level, d. H. for a plurality of diode laser arrays formed later by singulation in a single manufacturing step. A subsequent complex separate contacting of the individual emitter can thus be dispensed with.
Besonders bevorzugt erfolgt der Metallisierungsschritt in zwei Stufen. In einem ersten Metallisierungsschritt werden erste metallische Beschichtungen auf die räumlich zusammenhängende Struktur aufgebracht, die nach dem Vereinzeln die Diodenlaseranordnung bildet. Die erste metallische Beschichtung kontaktiert lediglich die n-Kontaktfenster auf dem Episubstrat und besteht vorzugsweise aus mehreren metallischen Schichten, wie beispielsweise einer AuGeNi oder einer TiPtAu-Metallfolge. Nach dem Aufbringen der ersten metallischen Beschichtung wird diese einem geeigneten Legierungsverfahren unterzogen. In einem daran anschließenden zweiten Metallisierungsschritt wird zumindest eine zweite metallische Beschichtung aufgebracht, die zumindest eine der die n-Kontaktfenster kontaktierenden ersten metallischen Beschichtungen mit einem p-Kontaktfenster verbindet, welches auf der Epistruktur einer benachbarten Einzelstruktur angeordnet ist. Mit anderen Worten wird durch die elektrisch leitfähige Verbindung, die durch die zweite metallische Beschichtung bereitsteht, eine Reihenschaltung von zumindest zwei Einzelemittern zugeordneten Particularly preferably, the metallization step takes place in two stages. In a first metallization step, first metallic coatings are applied to the spatially coherent structure, which forms the diode laser arrangement after singulation. The first metallic coating contacts only the n-contact windows on the episubstrate and is preferably made up of a plurality of metallic layers, such as an AuGeNi or a TiPtAu metal sequence. After the first metallic coating has been applied, it is subjected to a suitable alloying process. In a subsequent second metallization step, at least one second metallic coating is applied, which comprises at least one of the first metallic coatings contacting the n-contact windows P contact window connects, which is arranged on the epistar structure of an adjacent single structure. In other words, a series connection of at least two individual emitters is assigned by the electrically conductive connection which is provided by the second metallic coating
Einzelstrukturen bewirkt. Auch die zweite metallische Beschichtung umfasst vorzugsweise mehrere metallische Schichten, insbesondere eine Kombination von Titan, Platin und Gold, die beispielsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, besonders bevorzugt mittels Elektronenstrahlverdampfen, oder mittels eines Sputterverfahrens abgeschieden werden. Derartige Verfahren können auch zur Abscheidung der ersten metallischen Beschichtung zum Einsatz kommen. In anderen Ausführungsbeispielen wird die erste und/oder zweite metallische Beschichtung galvanisch abgeschieden, insbesondere kann die erste und/oder zweite metallische Beschichtung zumindest eine galvanisch abgeschiedene Goldschicht beinhalten. Ferner wird bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Diodenlaseranordnung später mittels einer Hartlötung (z.B. AuSn-Lot) auf einer Wärmesenke angeordnet wird, eine entsprechende Platin Barriere als Diffusionssperre für das Hartlot berücksichtigt.Individual structures effected. The second metallic coating also preferably comprises a plurality of metallic layers, in particular a combination of titanium, platinum and gold, which are deposited, for example, by means of physical vapor deposition, particularly preferably by electron beam evaporation, or by means of a sputtering method. Such methods can also be used to deposit the first metallic coating. In other embodiments, the first and / or second metallic coating is electrodeposited, in particular, the first and / or second metallic coating may include at least one electrodeposited gold layer. Further, in embodiments where the diode laser array is later placed on a heat sink by means of brazing (e.g., AuSn solder), a corresponding platinum barrier is considered as the diffusion barrier for the braze.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Grundträger, der im Strukturierungsschritt eine die spätere Diodenlaseranordnung bestimmende räumlich zusammenhängende Struktur erfährt, aus zumindest zwei Schichtstrukturen gebildet, die in einem Bondingschritt mittels Bonden miteinander verbunden werden. Dies hat zum Vorteil, dass die Schichtdicke der die beiden Schichtstrukturen konstituierenden Schichten selektiv vor dem Strukturierungsschritt angepasst werden kann.In preferred exemplary embodiments, the basic carrier, which in the structuring step experiences a spatially coherent structure which determines the later diode laser arrangement, is formed from at least two layer structures, which are bonded to one another in a bonding step. This has the advantage that the layer thickness of the layers constituting the two layer structures can be selectively adjusted before the structuring step.
Besonders bevorzugt umfasst die erste Schichtstruktur die Abfolge der Epistrukturschicht, der Episubstratschicht, einer Isolationsschicht und einer ersten Bondschicht. Die Isolationsschicht dient zur elektrischen Isolierung der darüber angeordneten Episubstratschicht von der Bondschicht, die im Allgemeinen elektrisch leitend ist. Die erste Schichtstruktur ist seitens der Epistrukturschicht auf einer weiteren Trägerplatte aufgebracht, die in den vorausgehenden Verfahrensschritten der ersten Schichtstruktur mechanische Stabilität verleiht und entfernt wird, nachdem die erste Bondschicht mit einer zweiten Bondschicht der zweiten Schichtstruktur im Bondingschritt, mithin also die beiden den Grundträger bildenden Schichtstrukturen verbunden wurde.Particularly preferably, the first layer structure comprises the sequence of the epistrukturschicht, the Episubstratschicht, an insulating layer and a first bonding layer. The insulating layer serves to electrically insulate the episubstrate layer arranged above it from the bonding layer, which is generally electrically conductive. The first layer structure is applied on the part of the epistarchic layer on a further carrier plate, which gives mechanical stability in the preceding method steps of the first layer structure and is removed after the first bonding layer with a second bonding layer of the second layer structure in the bonding step, thus therefore the two layer structures forming the base support was connected.
Die Isolationsschicht besteht vorzugsweise aus SiN oder SiO2. Die Isolationsschicht wird auf die Episubstratschicht aufgebracht, die vorzugsweise in einem vorhergehenden Verfahrensschritt abgedünnt wurde.The insulating layer is preferably made of SiN or SiO 2 . The insulating layer is applied to the episubstrate layer, which has preferably been thinned in a preceding process step.
Die Anordnung der ersten Schichtstruktur auf einer weiteren Trägerplatte in einem zumindest dem Bonden vorausgehenden Verfahrensschritt stellt die notwendige Stabilität bereit, so dass die Episubstratschicht auf eine minimal mögliche Substratdicke, die bevorzugt zwischen 50 μm und 100 μm Restdicke liegt, abgedünnt werden kann. Dieser Verfahrensschritt stellt zum einen eine minimale Ätztiefe für die spätere Separationsätzung während des Separationsschrittes sicher, zum anderen wird eine gute Spaltfläche für die Vereinzelung der gebildeten Wafer-Stapel in Diodenlaseranordnungen bzw. Diodenlaserarrays bereitgestellt.The arrangement of the first layer structure on a further carrier plate in a preceding at least the bonding process step provides the necessary stability, so that the Episubstratschicht can be thinned to a minimum possible substrate thickness, which is preferably between 50 .mu.m and 100 .mu.m residual thickness. On the one hand, this method step ensures a minimum etch depth for the subsequent separation etching during the separation step, on the other hand, a good cleavage surface is provided for singulating the formed wafer stacks in diode laser arrays or diode laser arrays.
Die zweite Schichtstruktur umfasst die zweite Bondschicht und die Trägersubstratschicht. Die zweite Schichtstruktur wird vorzugsweise seitens der Trägersubstratschicht auf der Trägerplatte aufgebracht und vor dem Aufbringen der zweiten Bondschicht entsprechend abgedünnt. Insbesondere kann die Schichtdicke der Trägersubstratschicht ebenfalls auf zwischen 50 μm und 100 μm Restdicke reduziert werden. Als Materialien der Trägersubstratschicht sind insbesondere sowohl dotierte als auch undotierte III-V Halbleitermaterialien geeignet. In anderen Ausführungsbeispielen kommt ein Siliziumsubstrat als Trägersubstratschicht zum Einsatz.The second layer structure comprises the second bonding layer and the carrier substrate layer. The second layer structure is preferably applied by the carrier substrate layer on the carrier plate and thinned accordingly before the application of the second bonding layer. In particular, the layer thickness of the carrier substrate layer can likewise be reduced to between 50 μm and 100 μm residual thickness. Particularly suitable materials of the carrier substrate layer are both doped and undoped III-V semiconductor materials. In other embodiments, a silicon substrate is used as the carrier substrate layer.
Als erste und/oder zweite Bondschicht werden dünne Schichten insbesondere aus Au, Al, Ge, Sn, SU8, BCB, Polyimid und/oder SOG auf der Isolationsschicht bzw. auf der Trägersubstratschicht abgeschieden. Die beiden die erste und zweite Bondschicht bildenden Metallebenen werden im Bondingschritt miteinander verbunden. Die hierzu eingesetzten Bondmethoden umfassen vorzugsweise eutektisches Bonden, Adhäsionsbonden oder thermokompressives Bonden.As the first and / or second bonding layer, thin layers, in particular of Au, Al, Ge, Sn, SU8, BCB, polyimide and / or SOG, are deposited on the insulating layer or on the carrier substrate layer. The two metal layers forming the first and second bonding layers are connected together in the bonding step. The bonding methods used for this purpose preferably include eutectic bonding, adhesive bonding or thermocompressive bonding.
Die monolithische Diodenlaseranordnung wird durch Vereinzeln der im Wesentlichen im Strukturierungsschritt gebildeten räumlich zusammenhängenden Struktur gebildet, wobei die räumlich zusammenhängende Struktur gegebenenfalls im Metallisierungsschritt beschichtet wird.The monolithic diode laser arrangement is formed by separating the spatially coherent structure formed substantially in the structuring step, wherein the spatially coherent structure is optionally coated in the metallization step.
Eine Laservorrichtung gemäß der Erfindung umfasst zumindest eine der vorstehend beschriebenen Diodenlaseranordnungen, so dass zunächst auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Derartige Laservorrichtungen können insbesondere zur direkten Materialbearbeitung oder im medizinischen Bereich, beispielsweise im Bereich der medizinischen Therapie oder Diagnose eingesetzt werden. Entsprechend besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen umfasst die Laservorrichtung zumindest eine Diodenlaseranordnung mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Einzelemittern, die auf einem gemeinsamen Trägersubstrat angeordnet sind. Die zumindest eine Diodenlaseranordnung weist eine Optik pro Kollimationsrichtung auf. A laser device according to the invention comprises at least one of the diode laser arrangements described above, so that reference is first made to the relevant explanations. Such laser devices can be used in particular for direct material processing or in the medical field, for example in the field of medical therapy or diagnosis. According to particularly preferred embodiments, the laser device comprises at least one diode laser arrangement having a plurality of series-connected individual emitters, which are arranged on a common carrier substrate. The at least one diode laser arrangement has one optic per collimation direction.
In anderen Ausführungsbeispielen umfasst die Laservorrichtung mehrere Diodenlaseranordnungen, die zueinander elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet sind, um hohe Leistungen bereit zu stellen.In other embodiments, the laser device includes a plurality of diode laser arrays connected electrically in parallel and / or in series with each other to provide high powers.
Besonders bevorzugt umfasst eine Laservorrichtung ein optisches Medium, in welches das von der Diodenlaseranordnung erzeugte Laserlicht zum optischen Pumpen des optischen Mediums einkoppelbar ist. Die Diodenlaseranordnung ist somit Teil eines Pumpmoduls der Laservorrichtung, die beispielsweise als Festkörper-, Faser-, oder Scheibenlaser ausgeführt sein kann.Particularly preferably, a laser device comprises an optical medium into which the laser light generated by the diode laser arrangement can be coupled for optically pumping the optical medium. The diode laser arrangement is thus part of a pump module of the laser device, which may be embodied, for example, as a solid-state, fiber, or disk laser.
Im Folgenden werden mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:In the following, possible embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die erste Schichtstruktur umfasst eine Episubstratschicht
In einem zweiten Fertigungsschritt wird die Episubstratschicht
In einem dritten Fertigungsschritt wird eine Trägersubstratschicht
In anderen Ausführungsbeispielen können auch undotierte III-V Halbleitersubstrate oder Siliziumsubstrat zum Einsatz kommen.In other embodiments, undoped III-V semiconductor substrates or silicon substrate may also be used.
In einem vierten Fertigungsschritt wird das abgedünnte Episubstrat
Auf der Isolationsschicht
In anderen Ausführungsbeispielen besteht die erste und/oder zweite Bondschicht
In einem fünften Fertigungsschritt wird die erste Schichtstruktur
Der gebondete Grundträger wird nun mittels für die Herstellung von Diodenlaseranordnungen
Danach werden Isolationsgräben
Die Diodenlaseranordnung
Anschließend wird die Passivierungsschicht
In einem achten Schritt erfolgt die Metallisierung der räumlich zusammenhängenden Struktur
Nach dem Aufbringen der abschließenden zweiten metallischen Beschichtung
In einem zehnten Verfahrensschritt wird die Trägerplatte
In einem letzten Schritt werden die in Serie geschalteten Diodenlaseranordnungen
Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die konkrete Ausgestaltung der gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr kann der zuständige Fachmann anhand der Beschreibung Variationen ableiten ohne von dem wesentlichen Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.The invention has been described above with reference to preferred embodiments. It is understood, however, that the invention is not limited to the specific embodiment of the exemplary embodiments shown, but rather the person skilled in the art can derive variations from the description without departing from the essential basic idea of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erste Schichtstruktur first layer structure
- 22
- zweite Schichtstruktur second layer structure
- 33
- erste Trägerplatte first carrier plate
- 44
- zweite Trägerplatte second carrier plate
- 55
- Episubstratschicht Episubstratschicht
- 66
- Epistrukturschicht Epistrukturschicht
- 77
- Isolationsschicht insulation layer
- 88th
- erste Bondschicht first bonding layer
- 99
- zweite Bondschicht second bonding layer
- 1010
- Trägersubstratschicht Carrier substrate layer
- 1111
- Bondebene Bond level
- 1212
- Kontaktstreifen Contact strips
- 1313
- Isolationsgraben isolation trench
- 1414
- Einzelstruktur Single structure
- 1515
- Struktur structure
- 1616
- Passivierungsschicht passivation
- 1717
- Episubstrat Episubstrat
- 1818
- Epistruktur epi
- 1919
- p-Kontaktfenster p-contact window
- 2020
- n-Kontaktfenster n-contact window
- 2121
- erste metallische Beschichtung first metallic coating
- 2222
- zweite metallische Beschichtung second metallic coating
- 100100
- Diodenlaseranordnung The diode laser assembly
- 101101
- Einzelemitter Single emitters
Claims (23)
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015105438.8A DE102015105438A1 (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Monolithic diode laser arrangement |
KR1020177031038A KR102044732B1 (en) | 2015-04-09 | 2016-04-05 | Monolithic Diode Laser Arrangement |
CN201680026650.0A CN107567671B (en) | 2015-04-09 | 2016-04-05 | Monolithic diode laser arrangement |
JP2017553155A JP6596508B2 (en) | 2015-04-09 | 2016-04-05 | Monolithic semiconductor laser device |
EP16717583.5A EP3281261B1 (en) | 2015-04-09 | 2016-04-05 | Monolithic diode laser arrangement |
PCT/EP2016/057452 WO2016162340A1 (en) | 2015-04-09 | 2016-04-05 | Monolithic diode laser arrangement |
US15/728,922 US20180034243A1 (en) | 2015-04-09 | 2017-10-10 | Monolithic diode laser arrangement and method for producing the monolithic diode laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015105438.8A DE102015105438A1 (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Monolithic diode laser arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015105438A1 true DE102015105438A1 (en) | 2016-10-13 |
Family
ID=55802342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015105438.8A Withdrawn DE102015105438A1 (en) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | Monolithic diode laser arrangement |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20180034243A1 (en) |
EP (1) | EP3281261B1 (en) |
JP (1) | JP6596508B2 (en) |
KR (1) | KR102044732B1 (en) |
CN (1) | CN107567671B (en) |
DE (1) | DE102015105438A1 (en) |
WO (1) | WO2016162340A1 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3794694B1 (en) * | 2018-05-14 | 2023-11-08 | Trumpf Photonics, Inc. | Low current, high power laser diode bar |
US10727649B2 (en) * | 2018-09-21 | 2020-07-28 | Argo AI, LLC | Monolithic series-connected edge-emitting-laser array and method of fabrication |
WO2020174949A1 (en) | 2019-02-26 | 2020-09-03 | パナソニックセミコンダクターソリューションズ株式会社 | Semiconductor laser device and semiconductor laser element |
CN111431031B (en) * | 2020-04-15 | 2022-05-31 | 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 | Laser chip and manufacturing method thereof |
CN112821185B (en) * | 2020-12-31 | 2022-03-29 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | Semiconductor laser and semiconductor laser side pump module |
CN113140966B (en) * | 2021-03-09 | 2023-05-09 | 深圳瑞波光电子有限公司 | Semiconductor laser bar, manufacturing method thereof and electronic equipment |
GB2615782A (en) | 2022-02-17 | 2023-08-23 | Exalos Ag | Monolithic edge-emitting semicon-ductor diode arrays |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120056193A1 (en) * | 2011-11-09 | 2012-03-08 | Lester Steven D | Series Connected Segmented LED |
DE102012209264A1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-05 | Robert Bosch Gmbh | Method for manufacturing e.g. vertical cavity surface emitting laser of circuit arrangement, involves electrically insulating two component regions of wafer element from each other by ion implantation and/or laser doping |
Family Cites Families (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3602838A (en) * | 1968-07-18 | 1971-08-31 | Ibm | Externally excited luminescent devices |
JPH0846279A (en) * | 1994-07-26 | 1996-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | Array type semiconductor laser device |
JPH08139412A (en) * | 1994-11-07 | 1996-05-31 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser device |
JP2910914B2 (en) * | 1995-12-14 | 1999-06-23 | 日本電気株式会社 | Semiconductor laser array |
CN1079586C (en) * | 1999-01-28 | 2002-02-20 | 北京工业大学 | High-efficiency intensified step-by-step high-lightness luminous diode and design method thereof |
JP2000323797A (en) * | 1999-05-10 | 2000-11-24 | Pioneer Electronic Corp | Nitride semiconductor laser and its manufacture |
US6746777B1 (en) * | 2000-05-31 | 2004-06-08 | Applied Optoelectronics, Inc. | Alternative substrates for epitaxial growth |
US6730990B2 (en) * | 2000-06-30 | 2004-05-04 | Seiko Epson Corporation | Mountable microstructure and optical transmission apparatus |
GB2371405B (en) * | 2001-01-23 | 2003-10-15 | Univ Glasgow | Improvements in or relating to semiconductor lasers |
US20020172244A1 (en) * | 2001-05-17 | 2002-11-21 | Peng-Chih Li | Self-separating laser diode assembly and method |
KR101030068B1 (en) * | 2002-07-08 | 2011-04-19 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | Method of Manufacturing Nitride Semiconductor Device and Nitride Semiconductor Device |
JP2004327678A (en) * | 2003-04-24 | 2004-11-18 | Sony Corp | Multiwavelength semiconductor laser and its manufacturing method |
EP1644991A2 (en) * | 2003-07-16 | 2006-04-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device, method of manufacturing the same, and lighting apparatus and display apparatus using the same |
JP4552470B2 (en) * | 2004-03-18 | 2010-09-29 | ソニー株式会社 | Semiconductor light emitting device manufacturing method, semiconductor device manufacturing method, and device manufacturing method |
CN101160699A (en) * | 2005-02-18 | 2008-04-09 | 宾奥普迪克斯股份有限公司 | High reliability etched-facet photonic devices |
EP1894234B1 (en) * | 2005-02-28 | 2021-11-03 | Silicon Genesis Corporation | Substrate stiffening method and system for a layer transfer. |
JP2006332364A (en) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Denso Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP4908837B2 (en) * | 2005-12-13 | 2012-04-04 | キヤノン株式会社 | Light emitting element array and image forming apparatus |
CN101188345A (en) * | 2007-11-30 | 2008-05-28 | 张丹心 | Semiconductor laser array and its making method |
CN201199606Y (en) * | 2008-01-30 | 2009-02-25 | 深圳世纪晶源光子技术有限公司 | Packaging structure of semiconductor laser |
CN101741007B (en) * | 2008-11-04 | 2011-07-27 | 北京大学 | Method for preparing metallic bonding silicon substrate laser |
GB0823706D0 (en) * | 2008-12-31 | 2009-02-04 | Symbian Software Ltd | Fast data entry |
KR101533817B1 (en) * | 2008-12-31 | 2015-07-09 | 서울바이오시스 주식회사 | Light emitting device having plurality of non-polar light emitting cells and method of fabricating the same |
JP5771968B2 (en) * | 2010-04-09 | 2015-09-02 | 住友電気工業株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device, laminated support substrate for epitaxial growth, and laminated support substrate for device |
JP2012060061A (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Stanley Electric Co Ltd | Method for manufacturing semiconductor light emitting device and the semiconductor light emitting device |
US9209596B1 (en) * | 2014-02-07 | 2015-12-08 | Soraa Laser Diode, Inc. | Manufacturing a laser diode device from a plurality of gallium and nitrogen containing substrates |
-
2015
- 2015-04-09 DE DE102015105438.8A patent/DE102015105438A1/en not_active Withdrawn
-
2016
- 2016-04-05 KR KR1020177031038A patent/KR102044732B1/en active IP Right Grant
- 2016-04-05 CN CN201680026650.0A patent/CN107567671B/en active Active
- 2016-04-05 WO PCT/EP2016/057452 patent/WO2016162340A1/en active Search and Examination
- 2016-04-05 EP EP16717583.5A patent/EP3281261B1/en active Active
- 2016-04-05 JP JP2017553155A patent/JP6596508B2/en active Active
-
2017
- 2017-10-10 US US15/728,922 patent/US20180034243A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120056193A1 (en) * | 2011-11-09 | 2012-03-08 | Lester Steven D | Series Connected Segmented LED |
DE102012209264A1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-05 | Robert Bosch Gmbh | Method for manufacturing e.g. vertical cavity surface emitting laser of circuit arrangement, involves electrically insulating two component regions of wafer element from each other by ion implantation and/or laser doping |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6596508B2 (en) | 2019-10-23 |
JP2018511948A (en) | 2018-04-26 |
CN107567671B (en) | 2020-07-28 |
KR102044732B1 (en) | 2019-11-14 |
EP3281261B1 (en) | 2021-11-03 |
EP3281261A1 (en) | 2018-02-14 |
CN107567671A (en) | 2018-01-09 |
US20180034243A1 (en) | 2018-02-01 |
WO2016162340A1 (en) | 2016-10-13 |
KR20170134528A (en) | 2017-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3281261B1 (en) | Monolithic diode laser arrangement | |
EP2499668B9 (en) | Thin-film semiconductor device with protection diode structure and method for producing a thin-film semiconductor device | |
EP2289113A1 (en) | Optoelectronic component and method for the production thereof | |
DE10000088A1 (en) | Indium aluminum gallium nitride light-emitting device such as surface or edge emitting laser comprises host substrate, light-emitting structure, device contacts and wafer bonding layer between substrate and light-emitting structure | |
DE112014002611B4 (en) | Method for producing a plurality of optoelectronic semiconductor chips and optoelectronic semiconductor chip | |
DE112013006065B4 (en) | Method for producing semiconductor laser elements and semiconductor laser element | |
DE102017130131B4 (en) | Process for the production of optoelectronic semiconductor components and optoelectronic semiconductor component | |
DE4116530C2 (en) | Laser diode array and method for its manufacture | |
DE102007020291A1 (en) | Optoelectronic semiconductor chip and method for producing a contact structure for such a chip | |
DE112016000806T5 (en) | SEALED LASER DIODE CONFIGURATIONS | |
WO2018109193A1 (en) | Method for producing a semiconductor component | |
WO2019063412A1 (en) | Radiation-emitting semiconductor component and method for producing radiation-emitting semiconductor component | |
DE112016000371B4 (en) | Method for producing a plurality of semiconductor chips and semiconductor chip | |
DE3434741A1 (en) | COUPLED LASER DIODE ARRANGEMENT | |
WO2014026951A1 (en) | Method for producing a semiconductor laser element, and semiconductor laser element | |
EP2223333A2 (en) | Method for producing semiconductor chips and corresponding semiconductor chip | |
WO2022167285A1 (en) | Method for producing an arrangement of semiconductor chips, and arrangement of semiconductor chips | |
WO2021037568A1 (en) | Method for producing radiation-emitting semiconductor chips, radiation-emitting semiconductor chip and radiation-emitting component | |
DE10012869C2 (en) | Vertical resonator laser diode with coplanar electrical connection contacts and process for their production | |
DE4129647B4 (en) | Wire metallization front side metallization for a III-V semiconductor device and method | |
DE102015102458A1 (en) | Method for producing a plurality of semiconductor chips and semiconductor chip | |
WO2022248420A1 (en) | Method for manufacturing optoelectronic components, and optoelectronic components | |
DE102023111343A1 (en) | Method for producing a VCSEL, VCSEL for generating a laser light and VCSEL array | |
DE102023102360A1 (en) | VCSEL to generate laser light | |
DE102021128854A1 (en) | SURFACE EMITTING SEMICONDUCTOR LASER AND METHOD FOR MANUFACTURING A SURFACE EMITTING SEMICONDUCTOR LASER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DILAS DIODENLASER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: M2K-LASER GMBH, 79108 FREIBURG, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE |
|
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |